- необходимо согласовать контроллер с USB интерфейсом;

- для управляющего контроллера необходимо обеспечить загрузку программы во внутреннюю Flash-память.

Для обеспечения второго и третьего перечислений необходимо применить стандартные решения, предложенные разработчиком. Для этого воспользуемся схемой, предложенной в /1/ и представленной на рисунке 3.3.

Так же по третьему перечислению необходимо отметить, что внутри контроллера существует два загрузчика: пользовательский и аппаратный (HBL, Hadware BootLoader). Пользовательский загрузчик позволяет запускать программы, записанные в память микроконтроллера, а аппаратный позволяет осуществить запись самой программы. В данной схеме перевести контроллер в режим программирования (записи программы) можно выполнив следующую последовательность действий:

- отключить прибор от USB-шины, разомкнув перемычку Р2 (линия VREF);

- удерживая кнопки К3 (линия RESET) и К2 (линия PSEN) подключить прибор к USB-шине, замкнув перемычку Р2;

- отпустить кнопку К3;

- отпустить кнопку К2.

На базе схемы приведенной на рисунке 3.3 получаем схему включения контроллера представленную на рисунке 3.4. В данной схеме шина адреса, шина данных и управляющие сигналы, необходимые для работы микроконтроллера с внешними устройствами соединены с ПЛИС, а перевод контроллера в режим загрузки осуществляется при помощи переключателя S21.

Рисунок 3.3 - Типовая схема включения контроллера

Рисунок 3.4 - Схема соединения для микроконтроллера AT89C5131

3.3 Микросхема часов реального времени и их питание

Схема включения микросхемы часов реального времени приведена на рисунке 3.5. Особенностью данной схемы является параллельное включение четырех конденсаторов большой емкости (1 Ф) в цепь питания микросхемы. Эти конденсаторы выполняют роль аккумулятора.

Рисунок 3.5 - Эквивалентная схема питания часов реального времени в автономном режиме работы

Аккумулятор предназначен для обеспечения питания микросхемы часов реального времени при отсутствии общего питания. Это необходимо при проведении автономных летных испытаний для того чтобы обеспечить бесперебойную работу часов до момента окончательной проверки изделия и начала испытания (включения прибора). Временная диаграмма заряда/разряда конденсаторной батареи приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Временная диаграмма заряда/разряда конденсаторной батареи

При этом время заряда Тзаряда можно оценить как

Тзаряда = 3 · t, (3.1)

где t = R · C, (3.2)

а время разряда Тразряда как

, (3.3)

где ΔU = (4,5-2,5) B;

I = 10 мА - ток разряда, с учетом утечек через диод и выводы микросхем;

С = 4 Ф - емкость аккумуляторов.

3.4 Компоновка банков накопителя

Накопитель организован на 16 микросхемах ФЛЭШ-памяти K9K49G08U0M, которые разделим на четыре банка, по четыре микросхемы в каждом банке (рисунок 3.7). Это сделано для того чтобы иметь возможность устранить времена простоя (занятости) накопителя при циклах записи. Все 16 микросхем имеют общую шину данных, сигналы записи, чтения, записи команд и адреса. Выборка между микросхемами осуществляется сигналом Выбора микросхемы (СЕ). Сигналы R/B (свободен/занят) микросхем, объединенных в банк, соединены, следовательно для анализа контроллеру доступно четыре сигнала свободен/занят (R/B) определяющие занятость банков.

Рисунок 3.7 - Структура накопителя

Такое построение накопителя с одной стороны позволяет производить непрерывную запись в него, а с другой стороны оптимизирует число линий связи необходимое для его обслуживания.

3.5 Быстрая промежуточная память

Скоростная буферная память организована на микросхеме быстродействующего ОЗУ IDT71V424S15YI. Она имеет организацию 512к×8, и позволяет производить запись с периодом 15 нс. Микросхема всеми сигнальными выводами подключена к ПЛИС, так как имеет связи только с ее внутренними узлами.

3.6 Исходные данные на проектирование разрабатываемой системы

При разработке конструкции необходимо применить многослойный стеклотекстолит. Габаритные размеры, места креплений, расположение разъёмов ESQT аналогично ячейке АЦП-079-03. Контакты всех разъёмов не должны измениться. Фильтрующие конденсаторы располагать вблизи выводов микросхем потребителей. В схеме применена программируемая логическая матрица фирмы ALTERA.

Выводы элемента IDT71V424S пригодные для перестановки приведены в таблице 3.3. Выводы разделены на две независимые группы. Данная перестановка применима только для этого проекта.

Таблица 3.3 - Выводы элемента IDT71V424S

Данная система регистрации данных должна обеспечивать 2 варианта подключения:

- первый вариант в составе ИВК-079-03;

- второй вариант в составе независимого блока БСИ совместно с ячейкой БСИ-2.

Разъёмы Х3, Х4 расположить на краю ячейки. Расположение элементов необходимо согласовать с отделом 210.

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ СИСТЕМЫ

Алгоритм работы системы регистрации данных во многом будет зависеть от структуры накопителя (рисунок 3.7).

Как было сказано в п. 3.4, накопитель состоит из четырех банков, в каждом банке по четыре микросхемы. Следовательно, в системе присутствует четыре независимых накопителя объемом 2 Гб каждый, что дает возможность производить параллельную запись в четыре банка.

Для обслуживания накопителя такого большого объема необходимо иметь дополнительную служебную информацию о хранящихся данных:

1) так как система регистрации данных может хранить несколько записей испытаний (от начала записи данных до отключения питания), то необходимо иметь таблицу записей, хранящую адреса границ записи испытаний. Данная таблица будет храниться в отдельной (служебной) области накопителя. Таблица записей данных необходима для облегчения работы с накопителем. Она позволяет определить свободное пространство в накопителе, в которое может производиться новая запись;

2)      так как накопитель содержит недопустимые блоки, то необходимо хранить таблицу размещения этих блоков. Эта таблица будет также храниться в служебной области накопителя;

3)      для выделения отдельных пакетов из записи испытаний необходимо иметь определенный формат записи данных.

Структура микросхем Flash-памяти, примененных в качестве накопителя, во многом определила формат записи данных. Запись в микросхему К09ХХХХХХХ производится «постранично», т.е. минимальным элементом, с которым будет производиться работа (запись и чтение, но не стирание), является «страница». «Страница» состоит из 2112 байт, разделенных на две зоны:

- 2048 байт - основной массив, который будет использоваться для хранения принятых данных;

- 64 байта - дополнительный массив, который будет использоваться для хранения служебной информации.

В запасном массиве каждой страницы накопителя хранится информация о принятой посылке (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Информация о файле, хранящаяся в дополнительном массиве

Таким образом пакет данных, принятый от ячейки АЦП-079-03, будет делиться на 2-х килобайтные блоки и сохраняться в четырех банках накопителя параллельно.

Учитывая перечисленные выше требования по работе с основным накопителем можно приступить к разработке алгоритма работы системы регистрации данных. Так как основным управляющим звеном системы регистрации данных является микроконтроллер, то алгоритм работы всей системы будет определяться алгоритмом работы микроконтроллера.

Общий алгоритм работы системы регистрации данных приведен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Общий алгоритм работы системы регистрации данных

Система регистрации данных будет функционировать в двух основных режимах:

- режим записи данных;

- режим обмена с ПК.

На рисунке 4.2 приведен общий алгоритм работы системы регистрации данных в режиме записи.

В этом режиме контроллер осуществляет формирование «записей испытаний», прием данных и запись принятых данных.

При включении питания контроллер считывает таблицу записей. Если она заполнена, то контроллер устанавливает соответствующий флаг и выходит из режима записи данных. Если таблица записей не заполнена, то контроллер начинает поиск конца записи испытания. Если найденный конец записи уже занесен в таблицу записей, то ее обновление не происходит, иначе в таблицу записей дописывается найденный конец записи. После чего вычисляется адрес начала новой записи с учетом недопустимых блоков, запускается прием данных через Link и начинается запись принимаемых данных в основной накопитель.

Рисунок 4.2 - Алгоритм работы системы регистрации данных в режиме записи

Запись данных происходит параллельно в четыре банка. Перед началом записи нового блока (64 страницы) каждой микросхемы контроллер проверяет этот блок на допустимость для записи. Если блок допустим, контроллер начинает запись блока. В противном случае микроконтроллер переходит на следующий блок и производит повторную проверку. Запись данных прекращается при заполнении накопителя, либо при выключении питания.

На рисунке 4.3 приведен общий алгоритм работы системы регистрации данных в режиме обмена с персональным компьютером.

В режиме работы с персональным компьютером контроллер постоянно смотрит принятые данные и в зависимости от принятой команды выполняет одну из 6 задач.

Задача 1. Чтение таблицы файлов. Контроллер читает таблицу файлов и передает ее в персональный компьютер.

Задача 2. Перейти в режим работы без персонального компьютера. Контроллер выходит из режима 2.

Задача 3. Поиск конца файла. Контроллер ищет конец файла и передает его в персональный компьютер.

Задача 4. Установка часов. Контроллер получает от персонального компьютера текущее время в двоично-десятичной системе исчисления и прописывает его в часы (через ПЛИС).

Задача 5. Стирание Flash. Контроллер стирает накопитель параллельно 4 банка начиная с первого блока (40h), т.е. стирает данные и таблицу файлов оставляя информацию о недопустимых блоках которая хранится в 0 блоке каждой микросхемы.

Задача 6. Чтение файла. Контроллер получает от персонального компьютера адрес начала файла и адрес конца файла. После этого контроллер ищет первый допустимый блок и начинает читать данные, передавая их в персональный компьютер параллельно с четырех банков по одной странице.

5. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

В данной части проекта произведем экономический расчет себестоимости встраиваемой системы регистрации входных сигналов и промежуточных результатов обработки сигналов для специализированного вычислителя. Данная система представляет собой новый, сложный прибор с большими функциональными возможностями.

Разработка новой техники и освоение её производства есть сложный многогранный процесс, трудоемкость и продолжительность которого зависит от многих факторов. Главным из них является сложность, новизна и область применения разрабатываемой техники, уровень квалификации и творческий потенциал исполнителей, участвующих в разработке, уровень развития сложных областей, в частности тех, которые обеспечивают радиопромышленность современной элементной базой и материалами.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7